DSG 變速器換擋系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作原理分析

鄭勁

(蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅蘭州730060)

0 引言

DSG 變速器采用了2 個(gè)離合器和6 或7 個(gè)前進(jìn)擋的傳統(tǒng)齒輪變速器作為動(dòng)力的傳動(dòng)部件。和傳統(tǒng)的液力自動(dòng)變速器相比，DSG 自動(dòng)變速器有著明顯的區(qū)別，DSG 沒有采用液力變矩器，自動(dòng)換擋更靈活，車輛的行駛性能更加優(yōu)異。在傳動(dòng)過程中的能耗損失非常有限，大大提高了車輛的燃油經(jīng)濟(jì)性;反應(yīng)非常靈敏，具有很好的駕駛樂趣;車輛在加速過程中不會(huì)有動(dòng)力中斷的感覺，使車輛的加速更加強(qiáng)勁、平穩(wěn)。汽車從起步到加速到100 km/h 所用時(shí)間比傳統(tǒng)手動(dòng)變速器還短;與傳統(tǒng)自動(dòng)變速器一樣可以實(shí)現(xiàn)順暢換擋，不影響牽引力。可以說，DSG 變速器是目前世界上最先進(jìn)的變速系統(tǒng)之一［1］。

1 DSG 變速器的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

DSG 變速器是在手動(dòng)變速器基礎(chǔ)上，加上電子控制單元和液壓驅(qū)動(dòng)元件，讓兩離合器交替工作，不間斷地輸出動(dòng)力，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)如圖1 所示。圖示DSG 有6 個(gè)前進(jìn)擋和1 個(gè)倒擋，有兩個(gè)并排安裝的濕式離合器K1，K2，變速器的擋位按奇數(shù)擋(1、3、5、R 擋)與偶數(shù)擋(2、4、6 擋)分開布置，分別與離合器K1、K2配合工作，兩個(gè)離合器分別與輸入軸1(實(shí)心軸)和輸入軸2 (空心軸)相連接，兩離合器各自負(fù)責(zé)一根輸入軸的驅(qū)動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力便在兩根輸入軸交替中無(wú)間斷地傳送扭矩［2］。

2 DSG 變速器換擋操縱控制系統(tǒng)的組成與原理

DSG 變速器換擋操縱控制系統(tǒng)由電控系統(tǒng)和液壓操縱系統(tǒng)構(gòu)成，圖2 是其組成框圖。電控系統(tǒng)由傳感器、控制單元及執(zhí)行器構(gòu)成，傳感器主要有壓力傳感器、車速傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器及節(jié)氣門位置傳感器等，執(zhí)行器主要是高速電磁閥，濕式離合器K1與K2分別由兩個(gè)高速開關(guān)電磁閥進(jìn)行控制。液壓操縱系統(tǒng)主要由液壓油泵、液壓缸及換擋操縱機(jī)構(gòu)組成。

雙離合器變速器的“智能”來自于DSG 變速器的電子控制系統(tǒng)，它作為變速器的控制核心，操控著快速而復(fù)雜的換擋過程。控制單元ECU 收集并處理傳感器的信號(hào)數(shù)據(jù)，對(duì)離合器、擋位操縱系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)的壓力等進(jìn)行控制。另外，該系統(tǒng)還應(yīng)用了調(diào)節(jié)閥、轉(zhuǎn)換閥等許多液壓閥。變速器的數(shù)據(jù)信息通過一個(gè)插入式通訊接口在機(jī)電控制模塊和整車電氣系統(tǒng)之間進(jìn)行交換，通過這個(gè)接口，整車和發(fā)動(dòng)機(jī)的數(shù)據(jù)信息也傳遞到變速器的控制系統(tǒng)。

DSG 變速器的換擋自動(dòng)控制過程可參看圖2。具體工作原理如下:DSG 變速器換擋由電控單元(ECU)采集各個(gè)傳感器的信號(hào)，實(shí)時(shí)在線對(duì)車輛的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行識(shí)別與判斷。在需要進(jìn)行換擋等操作時(shí)，ECU 發(fā)出指令，控制離合器與同步器換擋機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)2 個(gè)離合器與變速器同步換擋動(dòng)作的操縱。DSG 雙離合器自動(dòng)變速器在換擋工作過程中同樣也需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制，通過CAN 總線等進(jìn)行整體匹配，根據(jù)道路狀況，運(yùn)行工況進(jìn)行調(diào)節(jié)。

3 換擋液壓操縱控制系統(tǒng)

換擋液壓操縱控制系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)接受電控系統(tǒng)的控制指令，對(duì)離合器和變速器的換擋機(jī)構(gòu)進(jìn)行操縱。液壓控制系統(tǒng)主要包括雙離合器控制部分、換擋機(jī)構(gòu)控制部分和冷卻部分［3］。

在DSG 中，雙離合器控制部分是對(duì)離合器油缸充入和釋放液壓油來實(shí)現(xiàn)離合器的分離和接合的，離合器油缸通過高速電磁閥進(jìn)行動(dòng)作控制。離合器的結(jié)合與分離由ECU 系統(tǒng)根據(jù)車輛的工況按照一定的換擋控制規(guī)律計(jì)算得出。DSG 變速器通過兩個(gè)離合器的匹配切換實(shí)現(xiàn)換擋動(dòng)作，換擋迅速平穩(wěn)，換擋時(shí)間可達(dá)到0.03 ～0.05 s，駕駛者不會(huì)有任何感覺。在換擋過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出動(dòng)力始終不斷地傳遞到車輪上，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力換擋，保證車輛具有良好的加速性能。如圖1 所示，具體工作原理如下:發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后自動(dòng)掛1 擋，在高速電磁閥的驅(qū)動(dòng)下離合器K1結(jié)合，發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩通過1 擋的實(shí)心軸、齒輪組和同步器傳動(dòng)至差速器，最終至驅(qū)動(dòng)輪，車輛起步行駛，此時(shí)離合器K2仍然處于分離狀態(tài)，不傳遞動(dòng)力，但與之相連的2 擋已被預(yù)先選定。當(dāng)汽車加速達(dá)到接近2 擋的換擋點(diǎn)時(shí)，ECU 控制系統(tǒng)通過指令控制高速電磁閥使換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)自動(dòng)將擋位換入2擋。當(dāng)達(dá)到2 擋換擋點(diǎn)時(shí)，離合器K1開始分離，同時(shí)離合器K2開始結(jié)合，兩個(gè)離合器交替切換，直到離合器K1完全分離，離合器K2完全結(jié)合，整個(gè)換擋過程結(jié)束［4］。在DSG 變速器自動(dòng)換擋過程中，對(duì)高速電磁閥的精準(zhǔn)控制至關(guān)重要。ECU通過調(diào)節(jié)脈沖信號(hào)的占空比來控制流經(jīng)高速開關(guān)電磁閥的平均電流量，從而控制離合器的結(jié)合速度。

在DSG 中，必須實(shí)現(xiàn)換擋過程的自動(dòng)化，這就要增加自動(dòng)換擋機(jī)構(gòu)來完成換擋任務(wù)，DSG 變速器的換擋裝置是擋位選擇器，擋位選擇器由1 個(gè)撥叉2 個(gè)油缸(圖3)組成，每個(gè)擋位有1 個(gè)同步器。擋位選擇器中的液壓缸推動(dòng)撥叉就可以進(jìn)入相應(yīng)的擋位，由液壓操縱系統(tǒng)來控制它們的工作，如圖4 所示。四組擋位選擇器可以獨(dú)立控制4 個(gè)撥叉及每一個(gè)同步器，讓相鄰擋位的提前結(jié)合成為現(xiàn)實(shí)，DSG 變速器的快速反應(yīng)并不只是雙離合器的功勞。在液壓控制系統(tǒng)中有6 個(gè)油壓調(diào)節(jié)電磁閥，用來調(diào)節(jié)2 個(gè)離合器和4 個(gè)擋位選擇器中的油壓壓力，還有5個(gè)開關(guān)電磁閥，分別控制擋位選擇器和離合器的工作。

為了保證換擋時(shí)撥叉到達(dá)指定位置，撥叉位置應(yīng)受到精確控制。圖5 所示是換擋撥叉位置精確度控制裝置，行程傳感器把撥叉位置傳給電腦確定撥位。

4 高速開關(guān)電磁閥結(jié)構(gòu)及特性

4.1 高速開關(guān)電磁閥結(jié)構(gòu)及工作原理

在DSG 變速器運(yùn)行中，離合器的結(jié)合與分離、變速器的換擋、液壓系統(tǒng)的主壓力的調(diào)節(jié)等主要是通過控制高速電磁閥來實(shí)現(xiàn)的。高速開關(guān)電磁閥只有ON、OFF 兩種工作狀態(tài)，其開關(guān)靠高低電平來驅(qū)動(dòng)，具有良好的數(shù)控性能，同時(shí)還具有極高的響應(yīng)速度。以滿足對(duì)離合器操縱系統(tǒng)的精確控制的需要。

高速開關(guān)電磁閥的結(jié)構(gòu)如圖6 所示。高速開關(guān)電磁閥為推桿球閥式，其特點(diǎn)是借助供油口與控制口間的壓差使球閥復(fù)位，取代了普通閥復(fù)位彈簧，從而提高了電磁閥的壽命和可靠性。高速開關(guān)電磁閥控制方式為脈寬調(diào)制式［5］。當(dāng)脈沖信號(hào)為低電平時(shí)，供油球閥7 在供油-回油壓差作用下向左運(yùn)動(dòng)，使供油口與控制口接通，在供油球閥左移同時(shí)，通過分離銷的作用推動(dòng)回油球閥5 緊靠密封座面，使回油口與供油口斷開，控制口為高壓。當(dāng)脈沖信號(hào)為高電平時(shí)，銜鐵1 產(chǎn)生的電磁推力通過頂桿和分離銷使回油閥與供油閥一起右移，直至供油球閥緊靠其密封座面，此時(shí)回油閥5 打開，供油閥關(guān)閉，控制口為低壓。

4.2 高速開關(guān)電磁閥的驅(qū)動(dòng)電路

由于在DSG 變速器中，兩個(gè)離合器是交替工作的，兩個(gè)離合器的結(jié)合與分離是由高速開關(guān)電磁閥來控制的，因此高速電磁閥的穩(wěn)定工作極為重要，由于ECU 輸出的脈寬調(diào)制信號(hào)不能用于直接驅(qū)動(dòng)高速開關(guān)電磁閥，必須設(shè)有驅(qū)動(dòng)電路，其電路如圖7 所示［4］。

5 結(jié)束語(yǔ)

DSG 變速器是由手動(dòng)變速器技術(shù)發(fā)展而來的，它不僅繼承了手動(dòng)變速箱傳動(dòng)效率高，結(jié)構(gòu)緊湊重量輕，制造工藝成熟等諸多優(yōu)點(diǎn)，而且實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)和動(dòng)力換擋，保證了車輛的加速性，被業(yè)內(nèi)人士普遍看好，有著廣闊的發(fā)展前景。但同時(shí)研究表明，DSG 變速器也存在著一些亟待解決的技術(shù)問題，如控制策略的優(yōu)化、關(guān)鍵零部件的加工及可靠性等問題。

【1】吳銘.大眾新一代智能自動(dòng)變速器:7 擋DSG［J］. 汽車維修，2009(1):4 -6.

【2】鄭勁. DSG 雙離合變速器的結(jié)構(gòu)分析［J］. 汽車零部件，2011(4):85 -86.

【3】李春明.汽車底盤電控技術(shù)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2010:126 -130.

【4】劉國(guó)強(qiáng)，孫偉，陳德民，等. 雙離合器自動(dòng)變速器結(jié)構(gòu)分析及換擋方式研究［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2011(8):104-105.

【5】劉國(guó)強(qiáng)，陳德民，孫偉，等. 雙離合器自動(dòng)變速器控制系統(tǒng)中高速電磁閥特性及其控制研究［J］. 液壓與氣動(dòng)，2011(2):38 -40.